Kollisioner mellan vattenkluster och ytor
Aerosoler, d.v.s. små partiklar i en omgivande gas, vanligtvis luft, har betydelse för människor och miljö på många olika sätt. Om partiklarna är tillräckligt små märks det att de består av enskilda molekyler, och de metoder som vanligtvis används för att studera aerosolpartiklar är då för grova för att kunna ge relevant information. Två eller flera molekyler som sitter ihop kallas för kluster. Gränsen för när ett kluster blir så stort att det kan kallas för partikel är flytande och bestäms av vad som är mest praktiskt. I min doktorsavhandling har jag använt experimentella och teoretiska metoder, vanliga vid klusterstudier, för att tillverka och undersöka små partiklar. På så sätt har jag kunnat beskriva dessa partiklars beteende på en molekylär nivå.
Aerosoler finns på många ställen i atmosfären. I mesosfären, den del av atmosfären som befinner sig 50-90 km över marken, bildas ibland moln som utgörs av små ispartiklar. Dessa moln ligger så högt att de kan belysas av
solstrålar även när solen gått ner, och kallas därför nattlysande moln. I mesosfären finns väldigt lite vatten, så för att ispartiklar ska kunna bildas måste det vara mycket kallt. Växthuseffekten, som orsakas av utsläpp
av t.ex. koldioxid och metan, innebär att mer värme hålls kvar nära jordytan, men också att mindre värme kan nå högre upp i atmosfären. I mesosfären orsakar växthuseffekten alltså en avkylning. Mesosfären har blivit kallare de senaste decennierna, vilket kanske kan bero på människans
utsläpp av växthusgaser, och förekomsten av nattlysande moln har ökat. Att aerosoler i form av nattlysande moln bildas i mesosfären kan alltså vara kopplat till pågående klimatförändringar.
För att studera nattlysande moln på plats använder man sig av raketburna detektorer. En typ av detektor fungerar på så sätt att när ispartiklarna i molnen träffar en metallyta, registreras en elektrisk signal. För att man ska kunna tolka signalen måste man veta hur små ispartiklar beter sig när de kolliderar med ytor. Studsar de eller fastnar de på ytan? Går de sönder eller inte? Laddas de upp elektriskt under kollisionen? Mitt avhandlingsarbete har gått ut på att med hjälp av laboratoriestudier och datorberäkningar studera kollisioner mellan ovanligt stora vattenkluster och
ytor. Vattenklustren består av upp till tiotusentals molekyler, vilket motsvaras av diametrar på runt 10 nanometer (10 miljondels millimeter). Dessa vattenkluster är tillräckligt stora för att kunna betraktas som små
ispartiklar. Vid många experiment och beräkningar har grafitytor använts, och en del experiment har även utförts på metallytor av samma typ som används vid raketmätningar av nattlysande moln. Jag har funnit att vattenklustren kan lämna ytan efter kollisionen genom två olika mekanismer.
Den ena mekanismen går ut på att klustren studsar direkt från ytan, men då måste de vara tillräckligt stora. Den andra mekanismen fungerar bara om ytan är het. Klustren värms då upp, vilket leder till att vattenmolekyler ångar
av. Avångningen knuffar till slut bort det som är kvar av klustren från ytan. Denna mekanism liknar det man ser när man spiller vatten på en het kokplatta och vattendropparna svävar omkring på plattan. Klustren kan laddas upp elektriskt under kollisionen med ytan, vilket bidrar till att förklara de signaler man erhåller under raketmätningar av nattlysande moln.
—
Anna Tomsic, Institutionen för kemi, Göteborgs universitet disputerar för att avlägga filosofie doktorsexamen i kemi, med inriktning mot fysikalisk kemi med avhandlingen ”Collisions between water clusters and surfaces” fredagen den 5 oktober 2001, kl 10.15 Platsen är Sal ”10:an” Kemihuset Chalmersområdet, Göteborg
Anna Tomsic, Göteborgs universitet
Institutionen för kemi, Fysikalisk kemi
Telefon: 031-772 3110 E-post: tomsic@phc.gu.se
Tanja Thompson, Informatör
Göteborgs universitet
Fakultetskansliet för naturvetenskap
Box 460, 405 30 Göteborg
Telefon: 031-773 4857
Fax: 031-773 4839
E-post: mailto:tanja.thompson@science.gu.se
Webbplats: http://www.science.gu.se
